Em maior ou menor intensidade, a grande maioria dos países, sejam eles desenvolvidos ou não, está promovendo ações para que as energias alternativas renováveis tenham participações significativas nas suas matrizes energéticas. A motivação para essa mudança de postura é a necessidade de reduzir o uso de derivados do petróleo e, conseqüentemente, a dependência energética desses países em rela¬ção aos países exportadores de petróleo. Além disto, a redução no consumo de derivado de petróleo também diminui a emissão de gases promotores do efeito estufa.
Analisando as tec¬nologias com energias renováveis já maduras o suficiente para serem empregadas comercial¬mente, somente a biomassa, utilizada em pro¬cessos modernos com alto conteúdo tecnológico, possui a flexibilidade de suprir energéticos tanto para a produção de energia elétrica quan¬to para mover o setor de transportes. Esse su¬primento pode ser feito em uma larga faixa de potência, ou seja, desde alguns kW até vários MW, a um custo de instalação e operação que, se ainda não competitivo com os energéticos fósseis em alguns países, têm reconhecido potencial de redução para os anos vindouros. Outras características interessantes que a biomassa energética possui são a capacidade de gerar empregos no meio rural e o balanço próximo a zero entre o lançamento e a absorção de carbonos na atmosfera, o que faz com que sua utilização seja tanto um vetor de inclusão social quanto um instrumento conveniente para o atendimento das exigências, sempre crescentes, da legislação ambiental. Além disto, a biomassa também possui um espaço rele¬vante no mercado de seqüestro de carbono, quando o seu uso final não é para fins energé¬ticos.
As características descritas anteriormente fizeram com que vários países desenvolvidos iniciassem fortes ações para a introdução da biomassa nas suas matrizes energéticas. A Agência Internacional de Energia possui o IEA-Bioenergia para desenvolver tecnologias e pro¬mover o uso da biomassa energética no mundo. A Comunidade Européia emitiu diretriz aos países-membros para adicionarem etanol aos seus combustíveis, e os países nórdicos possuem legislações para promover a geração de energia elétrica com biomassa. O governo dos Estados Unidos promove o desenvolvimento tecnológico de processos que envolvem biomassa, incluindo um forte subsídio para produção de etanol a partir de milho. Mas todas as tecnologias de biomassa em uso no mundo possuem dois problemas cruciais: o custo da biomassa e a eficiência energética da sua cadeia produtiva.
Em 2003, existia um consenso internacio¬nal de que o valor do custo da biomassa que a viabilizaria comercialmente era de US$1.50 GJ-1 (Macedo, 2003b). Os Estados Unidos produzia, em 2000, biomassa a um custo de US$2.40 GJ-1 (EPRI, 1999). As flores¬tas brasileiras de eucaliptos produziam no mesmo ano biomassa a US$1.16 GJ-1 (Damen, 2001) e o setor sucro-alcooleiro, com a recupera¬ção de 50% da cana plantada, consegue valores de US$1.00 GJ-1 (Macedo, 2003a; Pimentel, 2004). Estes valores são metas dos Estados Unidos para 2030. Quanto à eficiência da cadeia produtiva, constata-se que atualmente no mundo, exceto no Brasil, os processos pro¬dutivos possuem um balanço energético nega¬tivo ou próximo de zero.
Nos Estados Unidos o etanol produzido a partir de milho contém somente 57% da energia consumida no pro¬cesso (Pimentel, 2004), enquanto o setor sucro-alcooleiro brasileiro produz 9,2 unidades de energia renovável para cada unidade de ener¬gia fóssil introduzida no processo (Macedo, 1998). Entre os motivos para números tão favoráveis está o fato de terem sido desenvol¬vidos no Brasil processos que tornaram as plantas auto-suficientes energeticamente e otimizaram todas as etapas de produção das usinas. Esse trabalho de décadas coloca o País como líder mundial nesse setor e como fornecedor prioritário de etanol e madeira energética para o mundo. A manutenção desta vantagem competitiva requer um esforço contí¬nuo de aprimoramento e inovação a ser desen¬volvido em conjunto por empresas, institutos de pesquisa e governo.
Entre as principais oportunidades para desenvolvimento que foram identificadas por diversas ações de prospecção desenvolvidas no período de 2001-2003 estão:
Florestas
Na última década, o setor experimentou um salto tecnológico surpreendente, que resul¬tou no aprimoramento de técnicas de implan¬tação, manejo e exploração. Como conse¬qüência, em 2000 o setor de papel e celulose tinha toda a sua matéria-prima proveniente de reflo¬restamento, e o fornecimento para o setor de produção de carvão vegetal saltou, em uma década, de 34 para 72% . O Brasil passou a ter uma das melhores produtividades do mundo com relação a florestas de eucaliptos, 36 m3 ha 1 ano-1, com possibilidade de alcançar 56 m3 ha 1 ano-1 .
Todo esse desenvolvi¬mento qualifica o setor para a exploração de florestas nativas, ou seja, o apro¬vei¬tamento da sua biomassa sem promover o desfloresta¬mento. Apesar de os fatos citados serem rele¬vantes, as atividades deste setor não priorizam o uso energético da biomassa, o que causa uma dicotomia entre a capacidade de oferta de bio¬massa e as necessidades específicas do setor energético. Apesar disto, os valores de pro¬dutividade são muito favoráveis e podem ser utilizados como florestas energéticas. Conse-qüentemente, a oportunidade que aqui surge é o desenvolvimento genético de espécies (inclusive o desenvolvimento de culturas de rá¬pido crescimento que propiciem cortes em curto período de tempo), de técnicas, de processos e de equipamentos de produção específicos para atender às especificidades do uso energético, como a complementação da sazonalidade de di¬ferentes culturas energéticas para garantir o suprimento de combustível durante todo o ano.
Cana-de-Acúçar
Este setor experimentou, na década de 1990, um significativo aumento da produção, acompanhado de desenvolvimento tecnológico e gerencial, que promoveram uma maximi¬zação das eficiências de conversão e a redução dos custos de produção de açúcar e etanol no Brasil. Como exemplo, na região centro-sul, em 2001, as usi¬nas mais eficientes produziram o açúcar e o álcool mais baratos do mundo (US$0.18 L-1 de etanol – 1US$=2.5R$) . Este valor é inferior ao custo da gasolina, que é de US$0.21 L-1, quando o preço do petróleo é de US$25.0 por barril.
Apesar dos excelentes resultados alcan¬çados, o setor ainda tem muito espaço para desenvolvimento, como a melhoria genética da cana-de-açúcar com a oferta de variedades específicas para as várias regiões e ambiente de produção, o que requer o seu completo ma¬peamento genético. É também necessário o desenvolvimento de tecnologias para produção de mudas sadias em larga escala. Ainda na produção da cana-de-açúcar, citam-se a utiliza¬ção mais eficiente de fertirrigação com vinhaça, novos sistemas de irrigação, tecnologias para produção sem queima e melhoria e integração de sistemas de informática para planejamento e controle da produção. No processo industrial, o desenvolvimento de tecnologias para recu¬peração da palha a baixo custo, inferior a US$1.00 GJ-1, aumenta a capacidade de co-ge¬ração e a eficiência energética do consumo interno de energia.
Carvão Vegetal
A indústria de ferro e aço demanda por esta fonte de energia, que no passado originava-se majoritariamente de florestas nativas e cujas técnicas de produção eram rudimentares. Esta situação, mais o fato de o setor siderúrgico ago¬ra buscar carvão vegetal oriundo de florestas plantadas e produzido com técnicas eficientes e ambientalmente corretas para ser utilizado na fabricação do chamado “aço verde”, cria grandes oportunidades para o desenvolvimento de processos e produtos inovadores. Especifi¬camente, buscam-se aqui processos mais avan¬çados de carvoejamento, com maior eficiência de conversão e menor custo, inclusive com o aproveitamento integral dos subprodutos, como o alcatrão e os gases residuais.
Geração de Eletricidade
As tecnologias utilizadas para geração de energia elétrica a partir da biomassa são a combustão direta acoplada a um ciclo de vapor e a gaseificação. A primeira, demandada inten¬samente pelos setores sucro-alcooleiros e de papel-celulose, propiciou ao Brasil o domínio das tecnologias de projeto e fabricação, hoje capaz de produzir os componentes a custo inter¬nacionalmente competitivos. Apesar de a maio¬ria das plantas trabalhar em co-geração, seus projetos primaram pela maximização do consumo de biomassa, produzindo apenas a quantidade de energia suficiente para as neces¬sidades internas da usina. Com o advento da possibilidade de venda do excedente de energia para as concessionárias de energia elétrica, a busca pelo aumento da eficiência energética das plantas passou a ser uma demanda e uma oportunidade para o desenvolvimento tecnoló¬gico. Muitas usinas já estão estudando as melhores maneiras para elevar a pressão de suas caldeiras de 20 para 80 bar e fechar seus ciclos a vapor, inclusive incluindo processos de extração de vapor e condensação a vácuo. O incentivo governamental para produção de excedente de energia elétrica promoverá a intensificação das atividades de modernização do setor. Entre as iniciativas governamentais está o Programa de Incentivo às Fontes Alter¬nativas de Energia Elétrica – PROINFA, do Ministério de Minas e Energia, que na sua pri¬meira fase irá comprar até 1.100 MW de potência originada de biomassa.
Entre as principais oportunidades de inovação tecnológica podem ser citadas a necessidade de desenvolver tecnologias que per¬mitam a recuperação, o condicionamento e a queima de resíduos agrícolas. Hoje a biomassa empregada consiste basicamente de bagaço de cana, cavacos e cascas de madeira, lixívia-negra, arroz e trigo. Com tecnologias de recu¬pe¬ração apropriadas, pode-se aumentar a quantidade de biomassa disponível, sem a ne¬cessidade de aumento da área plantada. Entre os materiais mais promissores para aproveita¬mento, estão a palha da cana-de-açúcar e os resíduos de milho e soja. Além disto, esta tecno¬logia requer inovações que propiciem a otimi¬zação energética dos ciclos, preferencialmente envolvendo a co-geração e a utilização de outros combustíveis, como gás natural, para garantir a complementação da sazonalidade da disponi¬bilidade de biomassa.
A segunda tecnologia, a gaseificação de biomassa, está em estágio pré-comercial. A vantagem desta tecnologia é que ela torna a conversão da biomassa em energia mais efi¬ciente e com equipamentos mais compactos, dando mais flexibilidade de operação à planta. Após a gaseificação da biomassa, o gás pode ser usado para queima em um forno, como gás de síntese e como combustível para um motor alternativo ou turbina a gás. No Brasil, as ações de gaseificação podem ser subdivididas em: aquelas que objetivam as grandes potências (MW) e as que objetivam as pequenas (kW) potências. Os principais projetos que envolvem grandes potências, cujo objetivo é injetar energia elétrica na rede básica, são os desenvolvidos pela CHESF e pela Coopersucar. O primeiro está pronto para implementar a planta industrial e o segundo, recentemente, concluiu os estudos e elaborou o projeto básico para uma planta demonstrativa.
O uso de gaseificadores de pequena potên¬cia tem como nicho o atendimento de consu¬midores isolados da rede de distribuição de energia elétrica. Neste caso, a biomassa a ser gaseificada são os resíduos da produção agrícola e os resíduos de serrarias. Esses sistemas propi¬ciariam a substituição do óleo diesel, mantendo o uso de motores alternativos, tecnologia esta robusta e largamente difundida no País. As atividades em andamento no Brasil, relativas a este tema, concentram-se na internalização da tecnologia de gaseificadores indianos, e os trabalhos estão sendo coordenados pelo CENBIO/IPT, UFAM e UFPA. Outro trabalho relevante é o da UNIFEI, em parceria com a CEMIG, para disponibilização de motores Stirling usando, como fonte quente, a queima direta ou a gaseificação de biomassa (Nogueira, 2004).
O advento do Programa Luz para Todos do MME irá causar uma demanda por tecno¬logias de gaseificadores de pequena potência, principalmente para atender às demandas da região amazônica. Os projetos selecionados no edital CT-Energ/MME/CNPq 03/2003 serão as primeiras demonstrações dessas tecnologias em nível pré-comercial. Assim sendo, aqui exis¬te a oportunidade para o desenvolvimento de grupos geradores com gaseificadores, bem como para a adaptação de motores diesel para con¬sumirem gás e de motores Stirling. Além do produto tecnológico, é necessário o desenvol¬vimento de modelos de gestão que garantam a sustentabilidade técnica, econômica e ambien¬tal dessas centrais.
Produção de Combustíveis
Três são os combustíveis oriundos de bio¬massa que oferecem as melhores oportunidades para desenvolvimento de inovações: etanol, biodiesel e óleo vegetal.
Conforme descrito no item 3, um grande desenvolvimento ocorreu no setor, o que propi¬ciou a redução do custo de produção do etanol, fazendo com que este chegasse a valores equi¬valentes ao custo da gasolina. Este desenvolvimento, que colocou o Brasil em situação de liderança mundial na oferta de etanol, poderá ser mantida através do desenvolvimento de inovações que agreguem valor ao etanol.
As duas frentes que oferecem as melhores oportunidades são os novos processos para pro¬dução de etanol e a ampliação dos usos do etanol. Na primeira, a produção de etanol por hidrólise de lignocelulósicos e, em particular, utilizando processos catalisados por enzimas, a custos competitivos com os processos hoje empregados, é um grande desafio. Na segunda, busca-se o desenvolvimento de novos produtos de sacarose como plásticos, solventes, aminoá¬cidos; a adição do etanol ao diesel para motores alternativos; a utilização de etanol em células a combustível, seja com uso de reformador ou com alimentação direta; e a utilização de etanol na produção de biodiesel .
O biodiesel aparece novamente como um tema muito fértil em oportunidades de desen¬volvimento tecnológico e de forte potencial de comercialização. A comercialização de biodiesel promove, simultaneamente, a criação de em-pregos no meio rural e a redução da importação de óleo diesel pelo Brasil, no entanto ainda exis-tem obstáculos a serem superados para tal meta ser alcançada. O principal deles é o custo da produção do biodiesel. Neste caso a meta desejada é reduzir os custos de produção, uti¬lizando etanol como catalisador, a valores equivalentes aos da produção de diesel. Essa redução de custo não envolve somente o pro¬cesso industrial, mas também a redução do custo da produção do óleo vegetal e o desenvol¬vimento de novas utilizações comerciais para o subproduto glicerina, aumentando assim a receita do processo. Também surgem como oportunidades de mais longo prazo o desen¬volvimento de novas rotas de produção de biodiesel por meio de catálise heterogênea e enzimática e o craqueamento do óleo vegetal (Macedo, 2003b).
Vale salientar o esforço que está sendo feito pela sociedade brasileira para efetivamente criar um grande programa de produção e uso do biodiesel no Brasil, existindo uma forte articulação entre os vários agentes envolvidos na sua cadeia produtiva. Os agentes governa¬mentais estão coordenados pelo Comitê Interministerial para o ProBiodiesel. As insti¬tuições de pesquisa, como o IVIMG/COPPE, TECPAR e o LADETEL/USP, estão parti¬cipando da proposição de ações. O setor pro-dutivo, por meio da ABIOVE, e as grandes empresas energéticas do Brasil possuem ações neste tema. A Eletrobrás desenvolve um pro¬grama na Amazônia para deslocamento do consumo de óleo diesel em localidades isoladas e a Petrobrás pretende operar, em 2005, uma planta de produção de biodiesel no Nordeste.
A desvantagem do biodiesel é que ele neces¬sita de um processo químico controlado na sua produção, significando a necessidade de mão-de-obra qualificada para isto. O processo de produção de óleos vegetais é mais simples, mas seu uso diretamente em motores diesel reduz muito o tempo entre manutenções, devido à for¬mação de gomas, lacas e depósitos de carbono. Por outro lado, a viabilização desta tecnologia possui um nicho de mercado assegurado na região amazônica. Esta região é rica em oleagi¬nosas, detém o conhecimento de manutenção e operação de motores diesel, mas por outro lado possui escassez de mão-de-obra com alta qualificação. O CEPEL demonstrou que é possível estender o tempo entre as manutenções, perfazendo alterações relativamente simples nos motores, e o CIRAD demonstrou que com a utilização de pré-câmaras de combustão a operação é similar à dos motores que utilizam óleo diesel. Um motor desse tipo, sem dúvida, poderá ser bastante demandado pelas concessionárias de energia elétrica da Amazônia no atendimento das suas metas da universalização. Além do produto tecnológico, é necessário o desenvolvi¬mento de modelos de gestão que garantam a sustentabilidade técnica, econômica e ambien¬tal destas centrais.
Financiamento para Pesquisas
Um item importante da análise de mérito de qualquer proposta de pesquisa aplicada pelas instituições financiadoras é a identifi¬cação, entre os executores do projeto, de insti¬tuições de pesquisa, empresas produtoras e empresas usuárias da tecnologia desenvolvida. A existência dessa parceria, inclusive com a contribuição financeira das empresas, reforça junto à instituição financiadora a viabilidade da proposta. Parcerias desse tipo podem encontrar apoio financeiro tanto em nível regional quanto nacional. Em nível estadual, as Fundações de Amparo à Pesquisa ou as Secretarias de Tecnologias são uma primeira opção. Também em nível estadual, no contexto da Lei 9991, as concessionárias do serviço elétrico (distribuidoras) devem investir em projetos de P&D, e regularmente estas dão ênfase a projetos de seu interesse, os quais, conseqüentemente, possuem um cunho regio¬nal. Além das distribuidoras, as geradoras regionais (Furnas, CHESF, Eletronorte e Eletrosul) também possuem recursos para financiar projetos. Já em nível nacional, a Eletrobrás e a Petrobrás surgem como possí¬veis parceiras, e para as atividades de médio e longo prazo têm-se os Fundos Setoriais CT Petro e CT-Energ, coordenados pelo MCT e operados pelo CNPq e pela FINEP. Quando os produtos dos projetos forem de desdobra¬mento internacional, propostas podem ser sub¬mitidas a organismos internacionais com representação no Brasil, como o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento – PNUD. O desafio aqui é identificar a institui¬ção ou instituições mais propícias para atender às peculiaridades de valor, duração e produto de cada projeto.
É interessante verificar o quanto já foi feito no Brasil em relação ao uso da biomassa para fins energéticos. Quando representantes da comunidade internacional envolvida com bio¬energia tomam conhecimento das realizações brasileiras nesta área, sua reação é de surpresa e descrédito. Nas áreas de etanol e manejo florestal, o Brasil encontra-se muito à frente de outros países. Mas isto somente significa que o Brasil se tornará a referência de metas a serem alcançadas pelos outros países e que, certamente, nos anos que virão serão encon¬trados meios para elas se igualarem. Para manter e ampliar essa liderança, o País deve utilizar a vantagem presente para promover a ampliação do conhecimento e a incorporação de inovações à cadeia produtiva. Revendo a lista de oportunidades citadas, constata-se que este é um grande desafio, mas, por outro lado, o Brasil possui massa crítica de recursos humanos e meios para enfrentá-lo. O número de instituições de pesquisa do tema no Brasil é significativo, mas os recursos públicos para financiar essas atividades não são suficientes, mostrando então que a parceira público-privada é crucial para promover a elevação dos níveis tecnológicos e industriais atuais.
Paulo de Tarso de Alexandria Cruz, - Engenheiro Mecânico, Ministério de Minas e Energia, Coordenação Geral de Tecnologias da Energia, e Manoel Martins Nogueira, Ph.D., Ministério de Minas e Energia, Coordenação Geral de Tecnologias da Energia, |
